[論文レビュー] Severe Constraints on Off-Axis GRB Jets in Type Ibc Supernovae From Late-Time Radio Observations

A. Soderberg, D. A. Frail+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2004

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、爆発後5.6年における遅刻期の電波観測を分析することで、SN 1998bwとGRB 980425が非軸対称のガンマ線バーストジェットによって発生したという仮説を検証する。観測された電波上限値は、典型的な非軸対称ジェットモデルを排するが、これは progenitorの質量損失率が <4×10⁻⁷ M☉/yr または磁気エネルギー分率 εB <10⁻³ である場合に限る——これは宇宙論的ガンマ線バーストに対してはあり得ない条件であり、結果として、局所的なIbc型超新星のうち最大6％が収束する相対論的アウトフローを生成すると推定される。

ABSTRACT

It has been suggested that the peculiar properties of the luminous Type Ic supernova SN 1998bw and perhaps its low-energy gamma-ray burst GRB 980425 may be understood if they originated in a standard gamma-ray burst explosion viewed far from the axis of the relativistic jet. In this scenario, strong radio emission is predicted from the jet on a timescale 1 to 10 years after the explosion as it decelerates and spreads into our line of sight. To test this hypothesis we have carried out late-time radio observations of SN 1998bw at t=5.6 years, yielding upper limits which are consistent with the continued fading of the supernova. We find these limits to be consistent with an off-axis jet only if the progenitor mass loss rate is \\dot{M} &lt; 4 x 10^{-7} solar masses per year (for a wind velocity v_w=1000 km/s) or the fraction of the shock energy in magnetic fields is \\epsilon_B &lt; 10^{-3}. These values are unlikely based on observations of cosmological GRBs. We combine the SN 1998bw measurements with existing observations for a sample of 15 local Type Ibc supernovae to estimate that at most 6% produce collimated, relativistic outflows.

研究の動機と目的

• SN 1998bwとGRB 980425が相対論的ジェットが非軸対称に観測されたものであるという仮説を検証すること。
• t=5.6年における非軸対称ジェットの遅刻期電波放射が検出可能かどうかを特定すること。
• 非軸対称ジェットが観測と整合するためのジェットパラメータ（例えば、質量損失率、磁気エネルギー分率）を制約すること。
• 統合された電波データに基づいて、局所的なIbc型超新星が収束する相対論的アウトフローを生成する割合を推定すること。

提案手法

• 爆発後5.6年におけるSN 1998bwの遅刻期電波観測を実施し、放射度の上限値を測定した。
• 減速し拡散する非軸対称相対論的ジェットの理論的モデルを用いて、電波放射を予測した。
• 観測された電波上限値とモデル予測を比較し、progenitorの質量損失率（Ṁ）および磁気エネルギー分率（εB）を制約した。
• SN 1998bwのデータを、15個の局所的Ibc型超新星の既存の電波観測データと統合し、収束するアウトフローを宿すイベントの割合を推定した。
• 統計的推論を適用して、Ibc型超新星が相対論的ジェットを宿す割合の上限を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SN 1998bwにおける非軸対称GRBジェットの遅刻期電波放射は、t=5.6年時点で検出可能か？
• RQ2 観測された電波上限値が、ジェットのprogenitorの質量損失率および磁気エネルギー分率に与える制約は何か？
• RQ3 観測と整合するためのジェットパラメータは、宇宙論的ガンマ線バーストの観測に基づいて物理的に妥当と見なせるか？
• RQ4 局所的なIbc型超新星のうち、どれくらいの割合が収束する相対論的アウトフローを宿すと予想されるか？

主な発見

• t=5.6年における観測された電波上限値は、SN 1998bwの継続的な減光と整合しており、非軸対称ジェットによる明るみの増加の兆候は観測されなかった。
• 非軸対称ジェットモデルは、progenitorの質量損失率が1000 km/sの風速度で <4×10⁻⁷ M☉/yr である場合にのみ観測と整合する。
• あるいは、モデルは磁気エネルギー分率 εB <10⁻³ を要求するが、これは宇宙論的ガンマ線バーストの観測に基づくとあり得ない値である。
• SN 1998bwと他の15個の局所的Ibc型超新星のデータを統合した結果、最大6％の超新星が収束する相対論的アウトフローを生成すると推定された。
• 結果として、非軸対称GRBジェットはIbc型超新星において一般的な特徴ではないことが示唆され、このようなイベントが局所宇宙で頻繁に発生しているという考えに疑問を呈する。